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高超声速飞行器组合导航算法

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第40卷第5期 2010年9月 航空计算技术 Aeronautical Computjng TechIlique V01.40 No.5 S印.2010 高超声速飞行器组合导航算法 母方欣,季梅,张臻鉴 (中国航空计算技术研究所,陕西西安710068) 摘要:以高超声速飞行器为对象,建立了卫星/惯性组合导航模型。选择组合系统的状态量并建 立状态方程,推导位置观测方程和速度观测方程,通过位置、速度交替组合实现卫星/惯性系统的组 合。通过仿真验证算法的有效性,仿真结果表明卫星/惯性组合导航可以得到较好的位置和速度信 息。适中的姿态精度信息。 关键词:高超声速飞行器;组合导航;惯性导航;卫星导航 中图分类号:V249.32 文献标识码:A 文章编号:1671.654x(2010)05—0055.04 引言 高超声速飞行器是飞行马赫数大于5的飞行器, 它几乎集中了航空航天领域所有学科的新技术,代表 了未来航空航天领域的研究发展方向¨。2 J。它在交通 运输方面可以大大缩短航行时间并实现远程航行乃至 全球到达,在军事方面将给未来战争提供前所未有的 进攻便利和防御难题。因此,世界各航空航天大国加 紧了高超声速飞行器的研究步伐,作为其支撑技术之 一的导航技术同样成为了国内外学者研究的热 点‘3—41。 惯性导航是飞行器的常用导航系统,它完全自主 地工作,几乎不存在被干扰的可能,不需任何外界电磁 信号就可以独立给出飞行器的姿态、速度和位置信息, 但是该系统存在导航精度随着工作时间的增长而不断 下降的缺陷。卫星导航的导航精度不随时间而增长。 但易受干扰。惯性/卫星组合导航将两者组合起来,从 而优势互补,发挥两者的优势,是飞行器一种理想的导 航方案归1。我国正在逐步建设的“北斗”二代卫星导 航系统是除美国、俄罗斯和欧洲之外的一个重要的卫 星导航系统。因此,研究惯性/卫星组合导航具有重要 意义。 本文以高超声速飞行器为对象,研究卫星/惯性组 合导航算法并通过仿真验证算法的有效性。为此,首 先介绍卡尔曼滤波的基本原理。 鼍=咖^“l鼍一l+G㈧’.,㈧ z^=巩鼍+‰ 其中:瓦为“时刻的状态量;w。为t。时刻的系统噪 声;zI为气时刻的观测量;l,。为气时刻的观测噪声; 蛾儿。为状态方程的转移矩阵;日。为观测方程的观测 矩阵;'.,。和l,。是相互独立的零均值的高斯白噪声序 列,其方差分别为幺和尺。。 则按照卡尔曼滤波有[6] 状态量的一步预测值 X∥t—l 2咖&.^一lX^一l 状态量一步预测值的方差阵 尸肌一1=咖¨一l^一1咖:扣1+G&一1级一lG:一l 滤波的增益阵 甄=P∥t.。日T[日^P肌一。日:+R。]’1 状态量最优估值 置=‰一。+甄(磊一巩如㈧) 最优估值的方差阵 尸^=(J—K日I)P∥k一。(,一甄日。)1+K月t剧 只要给定初值毫和P0,根据||}时刻的量测z。,就 可以递推得矗时刻的状态估值丘。 2卫星/惯性组合导航的数学模型 卡尔曼滤波是卫星/惯性组合的常用的一种组合 滤波器,因此。必须建立状态方程和观测方程。 2.1 1 卡尔曼滤波的基本原理 设某线性系统的状态方程和观测方程为 收稿日期:2009.05.12 状态方程 选择状态量为 作者简介:母方欣(1980一),女,陕西韩城人,助理工程师。硕士,研究方向为飞行器设计。 万方数据



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